瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)的故事

1736年，瓦特出生在英國蘇格蘭格拉斯哥市附近的一個(gè)小鎮(zhèn)格里諾克，他的父親是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的木匠，祖父和叔父都是機(jī)械工匠。少年時(shí)代的瓦特，由于家境貧苦和體弱多病，沒有受過完整的正規(guī)教育。他曾經(jīng)就讀于格里諾克的文法學(xué)校，數(shù)學(xué)成績特別優(yōu)秀，但沒有畢業(yè)就退學(xué)了。但是，他在父母的教導(dǎo)下，一直堅(jiān)持自學(xué)，很早就對(duì)物理和數(shù)學(xué)產(chǎn)生了興趣。瓦特從六歲開始學(xué)習(xí)幾何學(xué)，到十五歲時(shí)就學(xué)完了《物理學(xué)原理》等書籍。他常常自己動(dòng)手修理和制作起重機(jī)、滑車和一些航海器械。

1753年，瓦特到格拉斯哥市當(dāng)徒工。由于收入過低不能維持生活，第二年他又到倫敦的一家儀表修理廠當(dāng)徒工。憑借著自己的勤奮好學(xué)，他很快學(xué)會(huì)了制造那些難度較高的儀器。但是繁重的勞動(dòng)和艱苦的生活損害了他的健康，一年后，他不得不回家休養(yǎng)。一年的學(xué)徒生活使他飽嘗辛酸，也使他練就了精湛的手藝，培養(yǎng)了他堅(jiān)韌的個(gè)性。

1756年，當(dāng)他的身體稍有好轉(zhuǎn)，瓦特再次踏上了坎坷的道路來到格拉斯哥市。他想當(dāng)一名修造儀器的工人，但是因?yàn)樗氖炙嚊]有滿師，當(dāng)時(shí)的行會(huì)不允許。幸運(yùn)的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大學(xué)教授臺(tái)克的重視。在他的介紹下，瓦特進(jìn)入格拉斯哥大學(xué)當(dāng)了教學(xué)儀器的工人。這所學(xué)校擁有當(dāng)時(shí)較為完善的儀器設(shè)備，這使瓦特在修理儀器時(shí)認(rèn)識(shí)了先進(jìn)的技術(shù)，開闊了眼界。這時(shí)，他對(duì)以蒸汽作動(dòng)力的機(jī)械產(chǎn)生了濃厚的興趣，開始收集有關(guān)資料，還為此學(xué)會(huì)了意大利文和德文。在大學(xué)里，他認(rèn)識(shí)了化學(xué)家約瑟夫·布萊克和約翰·魯賓遜等。瓦特從他們那里學(xué)到了很多科學(xué)理論知識(shí)。1764年，瓦特與表妹瑪格麗特·米勒結(jié)了婚。

1764年，學(xué)校請(qǐng)瓦特修理一臺(tái)紐可門式蒸汽機(jī)，在修理的過程中，瓦特熟悉了蒸汽機(jī)的構(gòu)造和原理，并且發(fā)現(xiàn)了這種蒸汽機(jī)的兩大缺點(diǎn)：活塞動(dòng)作不連續(xù)而且慢;蒸汽利用率低，浪費(fèi)原料。以后，瓦特開始思考改進(jìn)的辦法。直到1765年的春天，在一次散步時(shí)，瓦特想到，既然紐可門蒸汽機(jī)的熱效率低是蒸汽在缸內(nèi)冷凝造成的，那么為什么不能讓蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特產(chǎn)生了采用分離冷凝器的最初設(shè)想。

在產(chǎn)生這種設(shè)想以后，瓦特在同年設(shè)計(jì)了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機(jī)。按照設(shè)計(jì)，冷凝器與汽缸之間有一個(gè)調(diào)節(jié)閥門相連，使他們既能連通又能分開。這樣，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸內(nèi)產(chǎn)生同樣的真空，避免了汽缸在一冷一熱過程中熱量的消耗，據(jù)瓦特理論計(jì)算，這種新的蒸汽機(jī)的熱效率將是紐可門蒸汽機(jī)的三倍。從理論上說，瓦特的這種帶有分離器冷凝器的蒸汽機(jī)顯然優(yōu)于紐可門蒸汽機(jī)，但是，要把理論上的東西變?yōu)閷?shí)際上的東西，把圖紙上的蒸汽機(jī)變?yōu)閷?shí)在的蒸汽機(jī)，還要走很長的路。瓦特辛辛苦苦造出了幾臺(tái)蒸汽機(jī)，但效果反而不如紐可門蒸汽機(jī)，甚至四處漏氣，無法開動(dòng)。盡管耗資巨大的試驗(yàn)使他債臺(tái)高筑，但他沒有在困難面前怯步，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)布萊克知道瓦特的奮斗目標(biāo)和困難處境時(shí)，他把瓦特介紹給了自己一個(gè)十分富有的朋友--化工技師羅巴克。當(dāng)時(shí)羅巴克是一個(gè)十分富有的企業(yè)家，他在蘇格蘭的卡隆開辦了第一座規(guī)模較大的煉鐵廠。雖然當(dāng)時(shí)羅巴克已近50歲，但對(duì)科學(xué)技術(shù)的新發(fā)明仍然傾注著極大的熱情。他對(duì)當(dāng)時(shí)只有三十來歲的瓦特的新裝置很是贊許，當(dāng)即與瓦特簽訂合同，贊助瓦特進(jìn)行新式蒸汽機(jī)的試制。

從1766年開始，在三年多的時(shí)間里，瓦特克服了在材料和工藝等各方面的困難，終于在1769年制出了第一臺(tái)樣機(jī)。同年，瓦特因發(fā)明冷凝器而獲得他在革新紐可門蒸汽機(jī)的過程中的第一項(xiàng)專利。第一臺(tái)帶有冷凝器的蒸汽機(jī)雖然試制成功了，但它同紐可門蒸汽機(jī)相比，除了熱效率有顯著提高外，在作為動(dòng)力機(jī)來帶動(dòng)其他工作機(jī)的性能方面仍未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。就是說，瓦特的這種蒸汽機(jī)還是無法作為真正的動(dòng)力機(jī)。